颗粒填充钢管支护构件防冲减震性能研究

为解决钢管混凝土内部混凝土收缩产生裂缝导致支护效果减弱问题,基于光滑粒子流(SPH)方法研究砂石颗粒充填钢管防冲减震性能,采用有限元软件建立砂石钢管和钢管混凝土受到轴向冲击与循环荷载作用模型,通过吸能指标与阻尼比进行对比,最终充填至巷道拱形支架中分析二者支护效果。研究结果表明:顶板轴向冲击时砂石钢管顶板能量衰减更多,且内部塑性耗散能密度更大,产生裂缝的概率更低。砂石钢管内部颗粒黏聚效果良好更早进入回升段,恒载段更加稳定,吸能效率更优;循环荷载作用时砂石钢管内部颗粒具有较好黏聚力与摩擦耗能作用,滞回曲线宽度增幅较小,砂石颗粒钢管阻尼比大于钢管混凝土,耗能效果较好;在巷道支护中,砂石充填拱架支护巷道位移量与拱架等效塑性应变值基本小于钢管混凝土拱架,其中两帮底部受弯较严重位置巷道位移量与拱架等效塑性应变大于钢管混凝土。研究结果为钢管支护构件在巷道支护的运用提供有益参考。

新型三柱式预制拼装桥墩抗震性能研究

针对传统三柱式预制拼装桥墩(等同现浇)自复位能力不足的情况,提出一种中墩节点采用灌浆波纹管与承台连接(等同现浇)、两边墩节点采用预应力筋与承台连接(可摇摆)的新型三柱式预制拼装桥墩(预制墩)构造。该新型桥墩的中墩灌浆波纹管连接构造在控制地震作用下结构变形的同时可耗散地震能量;边墩预应力连接构造可提供摇摆能力,从而减小桥墩残余变形、提升桥墩自复位能力,对能量耗散起辅助作用。分别建立设置、不设置耗能钢筋的新型三柱式预制墩及传统三柱式预制墩有限元模型进行抗震计算,对比分析滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、残余位移、破坏现象等关键抗震性能。结果表明:与传统三柱式预制墩相比,不设置耗能钢筋的新型三柱式预制墩的延性较好,但耗能能力较差,残余位移小;设置耗能钢筋的新型三柱式预制墩的延性好,耗能能力与传统三柱式预制墩基本相当,残余位移较小,抗震性能更优。

环形分布器气体的流动及气流均布

采用激光多普勒技术测量了装有整流环的环形分布器中的流场 ,发现整流环外侧环形通道内存在大量循环气流 ,并呈变质量流动状态 ;整流环内侧环形通道中 ,循环流动基本消失 ,但仍存在较大的脉动速度 ,靠近内环射流孔处气体均匀径向流动为主。利用压力排管研究了整流环开孔率和开孔方式对均布效果的影响 ,发现通过调整整流环周向开孔率可以实现内环射流流量均布。在本实验范围内 ,整流环的使用可以降低环形分布器的能量损失。

多喷孔射流的三维紊流数值模拟及消能分析

多喷孔淹没式套筒阀是一种用于压力管道的新型消能型式,它是利用多股多层喷孔使水流高速喷出后在消力池内卷吸、掺混,形成强烈紊动水流来消减能量。喷孔的大小、数量以及布置方式决定了该消能工的消能效率。本文采用RNGk-ε紊流模型对管道出口多喷孔射流消能进行了三维数值模拟研究,对喷孔的优化布置方式进行初步的探索,对该消能工的消能机理以及其它水力特性也进行了分析讨论。提出了断面余能比概念,并以此通过分析比较不同喷孔个数以及喷孔布置方式下的消能效果,发现喷孔交错梅花状布置的消能效果明显优于平行排列的布置方式,给出了断面比能与喷孔个数的变化曲线。

基于平板微热管阵列的大功率LED散热技术

以当前节能减排的大环境和大功率LED应用中急需解决的散热问题为背景,将具有高效传热性能的平板微热管阵列应用于大功率LED散热技术研究中,设计出新型的大功率LED散热装置——基于平板微热管阵列的U型散热装置。该装置可以将热量及时有效地从LED芯片中带出,并通过散热翅片将热量都传递到周围环境空气中。以真实的LED作为发热源进行实验,论证了微热管阵列散热装置的有效散热能力,其良好的均温性,探索了LED基板与热管之间连接方式、U型热管与散热翅片之间连接方式、散热装置有效散热面积对大功率LED散热效果的影响,并结合实验结果,利用ANSYS仿真模拟软件对U型热管散热装置进行优化,进一步探索散热翅片间距、厚度、高度的最优值,对基于微热管阵列大功率LED的散热装置的进一步研发改进提出建议。

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 。

圆钢管约束型防屈曲支撑抗震性能试验

制作了3种圆钢管约束防屈曲支撑构件,分别为圆钢管外约束加十字截面芯材构件、圆钢管外约束加圆钢管芯材构件以及外侧圆钢管加内部圆钢管约束构件。对3种构件进行了拟静力试验,研究了圆钢管约束防屈曲支撑构件的抗震性能和参数影响规律,对比了不同类型的防屈曲支撑的抗震效果。研究结果表明:外约束防屈曲支撑构件都具有良好的滞回性能,内约束防屈曲支撑构件因容易发生整体失稳,滞回性能较差;相同截面类型的构件,承载力和初始割线刚度随核心单元截面面积的增大而增强;不同芯材尺寸和隔层厚度构件的等效粘滞阻尼系数基本趋于一致;外约束防屈曲支撑构件的等效粘滞阻尼系数均大于0.50,圆钢管芯材构件的等效粘滞阻尼系数略小于十字截面芯材构件。

迪恩涡影响弯管流体运动能量耗散的数值研究

生态农业设施中存在大量的弯管,无论是气态还是液态物质在弯管中都存在大量的能量消耗,降低能耗是农业节能减排的重要环节之一.在笛卡尔坐标系下,利用数值方法对弯管流动能量耗散进行公式描述.在此基础上以不同几何尺寸的弯管为例,从迪恩涡的影响因素(弯管几何尺寸和离心力)出发对弯管中流体运动的能量耗散进行数值模拟,并得出了能量耗散随迪恩数的变化曲线.为了更精确地描述迪恩涡对能量耗散的影响,借助有限体积法(FVM)模拟管内流场,并采用带旋流修正的realizable k-e双方程模型和SIMPLE算法来求解控制方程组.研究结果表明:r/Rc越大,能量耗散越显著;在层流区和过渡区由离心力所引起的能量耗散相对较低,而在湍流区剧增;迪恩数以5 000为分界点,小于5 000时能量耗散呈一定规律变化,而大于5 000时能量耗散急剧增大.

基于热管的储能锂电池散热特性数值模拟研究

针对大规模集成储能锂电池的温度一致性需求,提出一种基于热管的散热结构,包括导热铝箱和热管。选取储能锂电池包作为研究对象,建立三维产热模型。采用数值模拟的方法,首先确定热管最佳布置方式;再通过正交试验法探究散热结构中各因素对电池温度影响的重要性,并进行参数选优;最后探究热管冷凝段对流换热强度对电池温度的影响。结果表明:1)与其他布置方式相比,当蒸发段沿电池宽度方向且冷凝段双侧布置时,电池具有最优的均温性;2)各因素对电池最高温度的影响重要性依次为:电池容纳腔X方向壁厚>热管数量>电池容纳腔Y方向壁厚>导热铝箱底部厚度;3)增强热管冷凝段处的对流换热后,电池最高温度有所降低,但电池均温性也会变差。研究结果可为储能用锂电池散热结构设计提供指导。

钢混凝土组合截面外包薄钢组合管拟静力抗震性能试验研究

钢混凝土组合截面外包薄钢组合管具有良好的防腐蚀性能和力学性能,可用于海洋、水下以及具有腐蚀性环境中的管道运输或结构受力构件中。利用截面分层法设计加工满足受弯承载能力的试验试件,并对其进行拟静力抗震性能试验,研究分析构件几何特征和填充混凝土强度对其耗能减震能力的影响。结果表明:各试验试件的荷载-位移滞回曲线图形均比较饱满,钢混凝土组合截面外包薄钢组合管具有良好的耗能减震能力。通过提高构件“约束效应系数”的方法可优化构件的截面设计。试件几何特征及填充混凝土的强度对试件的力学性能有较大影响,长细比较大的试件在往复加载制度下屈服位移明显减小。

管道金属摩擦阻尼减振器性能的实验研究

设计了一种新型管道金属摩擦阻尼减振器,并对带金属摩擦阻尼减振器的管道系统进行了振动响应的实验研究。通过测量管道径向、轴向和激振器支撑架的振动响应,研究了金属摩擦阻尼减振器的减振性能和减振机理。实验结果表明:金属摩擦阻尼减振器能够有效降低管道系统的振动,管道和激振器支撑架径向振动响应最大时,振动幅值分别下降66.2%和75.4%,激振频率为50 Hz时,管道轴向振动幅值下降83%;管道振动能量没有被转移至激振器支撑架,而是通过金属摩擦阻尼减振器与管道外壁的干摩擦作用将振动能量转化为热能而耗散。

T形钢管再生混凝土柱抗震性能有限元分析

以截面肢长、再生粗骨料取代率、钢管壁厚和轴压比为基本参数,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS,对两种不同肢长的T形钢管混凝土柱模型在低周反复加载下的荷载-位移滞回曲线进行模拟计算,获得T形钢管再生混凝土柱在水平地震荷载作用下的滞回性能、变形能力和耗能能力,从而比较两种不同截面肢长T形钢管再生混凝土柱的抗震性能.相比于普通混凝土构件,再生混凝土构件表现出更好的变形能力和耗能能力.

基于IAP WS-IF97的管内阻力件能量损失计算模型与分析

热电厂蒸汽管网普遍存在管道阻力件引起的能量损失。为了准确计算蒸汽流经阻力件产生的可用能损耗,提出了蒸汽管网系统能量计量的新观点,即通过IAPWSIF97的蒸汽状态方程,推导出阻力发生过程的熵方程,得到可用能损失计算模型。校验分析结果表明,用该模型计算蒸汽流经阻力件的能量损失,较传统方法方便、准确。

高温管路包覆金属橡胶耗能特性及参数识别

针对高温环境下管路系统减振难题,研究金属橡胶非线性本构关系和其减振特性影响参数,设计金属橡胶包覆管路结构,并进行动态和高温激励试验。通过动态试验数据绘制迟滞回线,基于迟滞回线精确分解法建立金属橡胶非线性泛函本构关系,借助最小二乘拟合法做参数识别。结果表明:所建模型能很好描述金属橡胶恢复力和位移随振幅与频率变化规律,验证了模型的准确性;金属橡胶减振性能随温度的升高呈增强趋势,随预紧量的增加反而减弱,随激振量级的增加而增强。

玻璃真空集热管相变储能单元特性实验测试

以改性石蜡为相变储能材料,翅片热管为强化传热元件,开发设计以集热、储热和散热集成为一体的新型玻璃真空集热管相变储能单元装置。通过实验研究,测试不同太阳辐射强度、环境温度和释热对流风速条件下储能单元的储热和释热性能。研究结果表明,储能单元储热速率随太阳平均辐射强度的增大而显著提高,而太阳能热利用效率随太阳平均辐射强度的增大呈降低趋势;较高释热风速和较低环境温度有利于提高储能单元的释热性能。在环境温度为18℃和对流风速为6.0 m/s的条件下,储能单元的释热量、释热速率分别可达1056 kJ和72 W,释热效率可达93.37%。

飞轮储能系统电机转子散热研究进展

电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其小体积、大功率的设计特点以及真空运行环境导致电机转子温升问题突出,常规的定子水套冷却已不能满足高功率密度电机转子的散热降温需求。本文首先阐述了飞轮储能电机转子发热的原因及危害,分析了转子涡流损耗、电机温度场的计算方法。回顾了飞轮电机转子被动冷却、主动冷却的研究进展,其中被动冷却包括热辐射与导热,主动冷却包括空心轴内通流冷却与热管冷却,并评估了各种方法的飞轮储能适用性。综合分析表明,强化电机定、转子内部绝缘材料导热以及增强热辐射可以一定程度上防止电机内部热量积聚,降低电机的温度梯度;热管易于安装、集成度高、传热性能优异,但其随轴的旋转传热缺乏验证;空心轴内流冷却技术成熟度高、设计制造简单、传热效果好,可作为高功率密度飞轮电机转子冷却的首选方案。针对MW飞轮储能电机转子散热难题,提出了中空轴内通流冷却的新方案。

矿用锚杆吸能防冲支护构件的设计与分析

为了有效控制深部高应力巷道与软岩大变形巷道,防止冲击地压等矿井灾害的发生,设计一种吸能防冲锚杆支护构件。主要利用了金属圆管轴向撕裂卷曲变形的吸能特性,介绍了吸能防冲锚杆支护体的结构组成与工作原理,建立了吸能支护构件的力学结构理论模型,研究了其吸能特性及效果。

整流板对T型分流三通管局部阻力特性影响的数值研究

三通管的阻力特性对管网系统的流量分配及经济输送有着显著影响。以某电厂热一次风管道中的T型分流三通管为研究对象,采用Fluent软件对安装整流板后的三通管道进行数值模拟,分析不同形式整流板对三通管内流体阻力特性的影响,并通过能量耗散分布分析了整流板的减阻机理。模拟结果表明:安装整流板后,侧支管局部阻力系数ζ01明显减小,其中基于流场特征确定的方案3减阻效果最好;整流板高度对ζ01影响较大,当流量比q较小时,ζ01随整流板高径比h增加而减小;q较大时,随h增加,ζ01先减小后增加,其中h=0.38时减阻率最大,为40.6%;整流板长度对ζ01影响较小,q较小时,ζ01随整流板长径比l的增加小幅度降低;q=0.6时,随l增加,局部阻力系数先减小然后趋于不变,其中l=3.13时减阻率最大,为40.2%;q较大时,随l增加,ζ01略微增大。

圆形减压环力学试验与壁厚对其耗能性能的影响

圆形减压环主要由钢管、铝管套筒和钢丝绳组成,由于其耗能特性强,因此在被动防护系统中得到了广泛应用。在边坡防护工程中,将钢丝绳一端固定,另一端连接在防护阻挡结构上,通过钢管与铝管套筒的摩擦和钢管的大变形来散耗冲击动能。首先分析了圆形减压环的工作原理,并对其力学性能进行了拟静力试验,再利用ANSYS/LS-DYNA软件,研究了圆形减压环在荷载作用下,不同钢管壁厚对其耗能性能的影响。结果表明:随着钢管壁厚的增加,圆形减压环的启动荷载也随之增大;在低速荷载作用下,钢管壁厚对圆形减压环的耗能性能影响较弱,但是随着加载速度的提高,钢管壁厚对其耗能性能的影响明显增加,耗能总量上升明显。

基于显式几何更新算法的地下管道自动形状优化

基于计算力学中的结构优化思想,应用一种新型的显式几何更新算法,自行编制C++程序,实现地下管道形状设计的自动优化。管道内的流体假设为牛顿不可压缩流,并考虑惯性项。优化区域主要为管道竖直方向和水平方向的过渡段。形状优化的设计变量是几何边界的有限元节点坐标,优化目标是实现流体黏性能耗散的最小化。优化过程基于形状梯度,即通过形状敏感度分析来求解目标函数相对于设计变量的偏导数。所使用的显式几何更新算法既可以通过网格清晰描述形状,也可以大范围地自动更新网格。详细介绍了地下管道自动形状优化过程的关键步骤。通过数值算例探讨了不同注入速度、密度和黏度对其最优形状的影响。